Владо Дамьяновски - CCTV. Библия видеонаблюдения. Цифровые и сетевые технологии

Рис. 9.42. В стандарте MPEG-2 используется такая же структура с группами изображений, как и в MPEG-1

MPEG-2 пригоден для применения в различных областях индустрии безопасности, поскольку он позволяет получить лучшее качество изображения, но чаще всего этот стандарт находит применение там, где требуется запись быстрых движений, например, в казино и банках. Особенно внимательно следует подходить к использованию сжатия MPEG-2 в тех случаях, когда требуется работать с поворотными телекамерами по сети, так как приходится учитывать задержку кодирования и передачи видеосигнала, но, как уже говорилось ранее, эту задержку можно сократить до приемлемых 200 мс и менее, манипулируя размерами видеопотока и структурой группы изображений.

Справедливости ради нужно отметить, что из-за больших размеров видеопотока MPEG-2 непригоден для удаленного просмотра и передачи данных по низкоскоростным каналам связи. Многие производители в этом случае предлагают использовать дополнительный стандарт MPEG-4 (основным стандартом сжатия для записи остается MPEG-2), так как он более гибок и адаптирован для передачи по низкоскоростным каналам связи (128 кбит/с, 256 кбит/с и др.).

MPEG-4

MPEG-4 (ISO 14496) — это еще один стандарт групп MPEG, разработанный относительно недавно. Его практически еще не использовали, когда вышло первое издание этой книги. MPEG-4 представляет собой результат еще одного примера международного сотрудничества сотен исследователей и инженеров со всего мира. Работа над MPEG-4, который официально обозначается как ISO/IEC 14496, была окончательно завершена в октябре 1998 года, а международным стандартом MPEG-4 стал в 1999 году.

Стандарт MPEG-4 был разработан для того, чтобы предоставить пользователям новый уровень взаимодействия с видеоинформацией. Он обеспечивает технологии, позволяющие осуществлять доступ не к пикселам, а к объектам, просматривать их и манипулировать ими. Этот стандарт отличается большой устойчивостью к ошибкам и работой с несколькими диапазонами значений скорости передачи данных. Сфера применения стандарта варьируется от цифрового телевидения, мультимедийных данных в мобильных коммуникациях, игр и до видеонаблюдения.

Основное отличие MPEG-4 от предыдущих стандартов заключается в его объектно-ориентированной аудиовизуальной модели. В рамках этой модели в каждой сцене присутствуют объекты, которые имеют связи между собой во времени и пространстве, что дает ряд преимуществ. Стандарт MPEG-4 открывает пользователям новые возможности для создания, редактирования, доступа и потребления аудиовизуальной информации. В основе технологии MPEG-4 лежит объектно-ориентированный подход, где сцена моделируется как состоящая из объектов, как естественных, так и синтезированных, с которыми пользователь может взаимодействовать. Работа с объектами (особенно с синтезированными) и интерактивность лежат в основе MPEG-4, но, к сожалению, в видеонаблюдении это не нашло применения.

Компенсация движения основана на блоках с соответствующей модификацией для границ объектов.

Размер блоков может быть 16x16 или 8x8 с половинным разрешением в пикселах. MPEG-4 также обеспечивает режим компенсации движения с наложением. Кодирование текстур объектов основано на DCT-преобразовании в блоках 8x8 с соответствующей модификацией для границ объектов. Для повышения эффективности кодирования также возможно предсказание коэффициентов. Статичные текстуры могут быть закодированы с использованием вейвлет-преобразования. Устойчивость к ошибкам обеспечивается за счет маркеров ресинхронизации, декомпозицией данных и другими методами. Масштабируемость обеспечивается как для пространственного, так и временного улучшения разрешения. MPEG-4 обеспечивает масштабируемость на уровне объектов с тем ограничением, что форма объекта должна быть прямоугольной. Для нас в видеонаблюдении это, возможно, самое полезное свойство, так как с ним связано масштабирование потоков для передачи по низкоскоростным каналам связи.

Стандарт MPEG-4 был оптимизирован для передачи данных в трех диапазонах скоростей: менее 64 кбит/с, 64 — 384 кбит/с и 384 кбит/с — 4 Мбит/с.

MPEG-4 предлагает набор инструментов и технологий, которые пригодны для различных областей применения как в существующих приложениях, так и в тех, которые появятся в будущем. Низкие скорости передачи данных и устойчивость к ошибкам позволяют использовать MPEG-4 для надежной передачи по низкоскоростным радиоканалам, что удобно для мобильных видеофонов, коммуникаций в космосе и, конечно, в видеонаблюдении. Для высоких скоростей передачи данных в MPEG-4 предусмотрены инструменты, которые упрощают передачу и хранение видео высокого качества, пригодного для телевизионных студий и других задач, требовательных к качеству видео. В процессе развития стандарта возникло несколько версий MPEG-4, которые поддерживают больше скоростей передачи данных, чем MPEG-2.

Основным применением стандарта MPEG-4 вне индустрии безопасности является размещение интерактивного видео в сети Интернет. Сейчас очень популярно программное обеспечение, которое позволяет поместить «живое» видео MPEG-4 на страницах сайта.

MPEG-4 может работать с чересстрочной и прогрессивной разверткой, хотя последняя редко используется в видеонаблюдении. Поддерживается формат оцифровки 4:2:0. Это означает, что количество отсчетов при оцифровке цветоразностных сигналов С Ьи С rсоставляет половину от количества отсчетов яркостного сигнала как по горизонтали, так и по вертикали. Для каждой компоненты допускается квантование от 4 до 12 бит.

Также как и в MPEG-2, в стандарте MPEG-4 имеется несколько различных профилей ( Simple Profile, Core Profile и Main Profile ). Профили Simple Profile и Core Profile работают с видео формата QCIF и CIF со скоростью передачи данных 64 кбит/с, 128 кбит/с, 384 кбит/с и 2 Мбит/с. Профиль Main Profile может работать с разрешением CIF (352x288), полнокадровым разрешением, рекомендованным ITU-R 601 (720x576), и высоким разрешением HDTV (1920x1080). Поддерживаются скорости передачи данных 2 Мбит/с, 15 Мбит/с и 38.4 Мбит/с.

MPEG-4 разрабатывался не как монолитный стандарт, а скорее как набор инструментов, которые вместе с профилями обеспечивают решение конкретных задач. Хотя MPEG-4 представляет собой достаточно обширный стандарт, он имеет такую структуру, которая позволяет получать доступ к разным инструментам по мере необходимости. Каждый разработчик может выбрать из обширного стандарта MPEG-4 только тот инструментарий, который ему требуется, что с большой долей вероятности будет представлять очень незначительную часть стандарта.